Нерегулярное движение фаз в аппаратах с механическим перемешивающим устройством

• Автор: Павлова, Эмилия Александровна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 171 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В АППАРАТАХ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

1.1 Структура потоков в аппаратах с мешалками

1.2 Существующие математические модели для описания полей концентраций и температур в аппаратах с мешалками

1.3 Двухмерная модель описания поля концентрации в аппаратах с мешалкой

1.4 Одномерная циркуляционнодиффузионная модель

1.5 Общие характеристики нерегулярного движения и их связь с параметрами модели

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

2.1 Методы экспериментального исследования гидродинамики

2.2 Описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментов

2.3 Методика обработки экспериментальных данных
2.4 Методика расчета опытных значений гидродинамических параметров осредненного и нерегулярного движений
3 РАСЧЕТ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИЙ И ВРЕМЕНИ ГОМОГЕНИЗАЦИИ
3.1 Конечноразностная схема решения уравнений математической модели
3.2 Расчет поля концентрации в аппарате на основе построенной разностной схемы
3.3 Постановка экспериментов по проверке адекватности
математической модели
4 РАСЧЕТ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОЦЕССА
СУСПЕНДИРОВАНИЯ В АППАРАТЕ С МЕХАНИЧЕСКИМ
ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
4.1 Описание технологического процесса производства кобальта II азотнокислого основного 6водного кобальта нитрата 6водного
4.2 Расчет гидродинамических характеристик в промышленном аппарате
4.3 Определение времени гомогенизации и расчет распределения концентрации в промышленном аппарате
ВЫВОДЫ
Список использованных источников


Кроме того, для адекватного описания протекающих в аппаратах с механическим перемешиванием процессов недостаточно информации об изученных ранее осредненных гидродинамических и энергетических характеристиках. Многочисленные наблюдения указывали на значительную роль нере^лярных механизмов переноса [8, -]. Попытки учета этих механизмов наталкивались на ограниченность экспериментальных возможностей исследователей. В последнее время с появлением современной экспериментальной техники исследования в аппаратах с механическим перемешивающим устройством получили новое развитие. Наиболее полно представлены работы Ниенова, Кресты, Зу, Бурне. Огромное количество материала свидетельствует о том, что наиболее актуальными остаются экспериментальные методы исследования гидродинамических характеристик [,,,,,,, , - , - ], которые играют определяющую роль в процессах переноса при тепло- и массообмене. Многие из публикаций касались исследований тонкой структуры нерегулярного движения рабочих сред в типовых химико-технологических аппаратах, особенно в аппаратах с механическими перемешивающими устройствами. Большое внимание уделено изучению условий возникновения и затухания крупных вихрей [7, , , ], а также изучению диссипации турбулентной энергии [9, , , , ], процессов переноса в закрученном турбулентном потоке [6, , , , , - ], суспендирования твердых частиц [ - , , , - ], силового взаимодействия между перемешиваемой средой и внутренними устройствами [,]. Анализ указанных работ свидетельствует об актуальности выбранной темы и приводит к следующим важным выводам. Во-первых, интенсивность исследований по сравнению с предшествующим периодом заметно возросла. Этот факт, очевидно, свидетельствует не только о сохранении актуальности данной тематики, но и о неудовлетворительности полученных ранее результатов, которые в большинстве случаев опираются на анализ кривых отклика или измерение дисперсии трассера. Во-вторых, центр тяжести исследований последних лет сместился в сторону изучения отдельных характеристик нерегулярного движения, включая поведение крупных неупорядоченных вихрей, генерацию турбулентности в зоне мешалки и внутренних устройств, ее конвективный перенос в другие области рабочего объема, диссипацию энергии и т. Таким образом, можно говорить о качественно ином подходе к изучению процессов в аппаратах с мешалками. Однако в этих исследованиях рассмотрены лишь частные аспекты нерегулярного движения рабочих сред в аппаратах с мешалками и почти полностью отсутствуют работы, посвященные оценке вклада турбулентных пульсаций различного масштаба в процесс формирования полей концентраций и температур в рабочем объеме аппарата. Большинство массообменных процессов, проводимых в аппаратах с механическими перемешивающими устройствами, также сильно зависит от распределения концентрации целевого компонента. Существующие математические модели процессов перемешивания опираются на данные экспериментальных исследований структуры потоков жидкости в аппаратах с мешалками. В результате опытов [, 3, , ] был установлен следующий механизм образования потоков в аппарате. Лопасти вращающейся мешалки вовлекают жидкость в окружную циркуляцию. Из-за центробежных сил жидкость, отбрасываемая мешалкой, в виде закрученной веерной струи устремляется к цилиндрической стенке. Достигая стенки аппарата, радиальный поток изменяет свое направление на осевое, одна часть поднимается вверх к поверхности жидкости, другая опускается вниз, к днищу аппарата. От поверхности и от дна жидкость устремляется в зону пониженного давления, т. Таким образом, наряду с окружной возникает вторичная или радиально - осевая (меридиональная) циркуляция, т. Таким образом, движение жидкости в аппарате с мешалкой в общем случае может быть охарактеризовано тангенциальной (окружной), радиальной и осевой составляющими скорости. Характер радиалыю-осевой циркуляции жидкости в аппарате с мешалкой зависит главным образом от типа мешалки, ее расстояния от днища и от того, имеются ли в аппарате перегородки. Каждая мешалка создает поток жидкости, который в свою очередь вызывает циркуляцию во всем объеме аппарата вдоль так называемых циркуляционных петель [].